QUÈ ÉS UN FORAT NEGRE?

No hi ha cap curs on es parli de l'univers que no acabi apareixent aquesta pregunta. És un concepte que normalment no surt als llibres de text. Potser és una pregunta massa difícil de respondre, o la resposta és massa difícil d'entendre? Potser perquè se'n parla però no s'explica, els forats negres, els objectes més exòtics del cosmos, creen molta expectació i inquietud. Els guionistes de Hollywood tenen gran culpa de la confusió que hi ha sobre aquest concepte. Potser ningú els va explicar de petits, quan encara tenien la capacitat de sorprendre's davant la novetat. Tot plegat és una llàstima no aprofitar l'edat de fer preguntes per donar respostes. Vet aquí algunes per tots els gustos.

Resposta en una frase:

Els forats negres són uns objectes tan densos, que atrauen fins i tot a la llum dels voltants, i per això els veiem com una buidor fosca.

Resposta més inquietant:

És un cadàver en l'espai.

Resposta en forma de conte:

Hi havia una vegada una estrella, semblant al  Sol, que només era 330.000 vegades més pessada que la Terra. Com que era tan gran, atreia els objectes amb una força molt gran, 28 vegades més que el nostre planeta, i tots els petits astres que s'hi apropaven, acabaven engolits i desapareixien sota la seva superfície enlluernadora.

Al seu interior hi havia una gran lluita entre la gravetat, que apreta que apretaràs, volia encongir-la, i la calor, que escalfa que escalfaràs, volia enxamplar-la.

Però va passar un dia que l'estrella es va quedar sense calor, perquè l'hidrogen, que és el combustible que tenen totes les estrelles per fer llum i calor, es va acabar.

Llavors la gravetat va aprofitar per comprimir la pobre estrella fins que l'estructura atòmica de la seva matèria es va desintegrar. Tots els protons, electrons i neutrons es van escapar del nucli dels àtoms, i tot plegat es va convertir en una estrella nana, una bola petita més petita que la Lluna i que feia llum blanca. 

Els electrons, encarregats de contrarestar qualsevol contracció posterior, no van poder suportar la pressió de la gravetat, que cada vegada empenyia amb més i més força a mida que l'estrella s'encongia, fins al punt que electrons i protons es van agrupar per formar neutrons. Els neutrons, si recordeu, són éssers desprovistos de càrrega elèctrica i per això, són incapaços de lluitar contra la gravetat i davant d'ella, reaccionen agrupant-se molt apretadets, com si tinguessin por.

Vet aquí que la nostra estrella es va convertir en una pilota de neutrons de 16 quilòmetres de diàmetre i 200.000.000.000 vegades més gravetat que a la Terra, girant a molta velocitat.

Era terrible, pobres electrons i protons, tancats dintre dels neutrons i presoners de la gravetat, que quan més petita es feia l'estrella, més forta es feia, i així va arribar a superar la resistència neutrònica.

Tot estava perdut, no hi havia res que es pogués enfrontar al col·lapse de l'estrella i el seu volum va disminuir a zero i la seva gravetat es va fer quasi infinita. La llum, l'únic missatger que podia enviar l'estrella perquè la rescatessin, va perdre tota la seva energia i va quedar tancada per sempre més en un enorme forat fosc i profund; un pou sense fons que atreia tot el que s'apropava i no el deixava escapar. Ningú podia fer res perquè, en apropar-se, cauria i cauria pel forat sense arribar mai al final.

Desde llavors, els homes vigilen amb telescopis aquest lloc i d'altres que estan escampats per tot l'espai a molta distància, des de la Terra, sans i estalvis, i ningú s'atreveix a apropar-se.

SEXE I INTEL·LIGÈNCIA

Al segle XIX, el fisiòleg Theodor von Bischoff va investigar sobre el pes dels cervells humans. Desprès d'anys d'acumular dades va observar que la massa promig del cervell d'un home era de 1.350 grams, mentre que el de les dones era de 1.250 grams.

Durant tota la seva vida es va basar en aquest fet per intentar presentar a la dona com un ser de menors capacitats intel·lectuals que l'home. A la seva mort, Bischoff va donar el seu propi cervell a la ciència. 

L'anàlisi va indicar que tenia una massa cerebral de 1.245 grams. I és que, d'on no hi ha, no raja.

DE QUIN COLOR SÓN ELS ÀTOMS?

La història de la ciència és la història de les bones preguntes, les que obren portes a la imaginació, a pensar els perquès de totes les coses, mentre que la història de les creences és la història de les bones respostes, les que tanquen la porta al raonament.

Amb l'etiqueta "Please explain-me" volem recollir aquelles preguntes meravelloses que sentim a classe. A vegades són preguntes molt senzilles, però elegants, d'altres, complexes i aterradorament difícils d'explicar. Per falta de temps, o per què se surten de context, acabem aparcant-les.

Bé doncs, traiem aquestes preguntes del garatge! Aquest espai pot ser un bon lloc per compartir aquests moments de classe tan interessants i apaivagar la curiositat insaciable dels alumnes.

I no només han de sortir propostes de classe, també es poden fer propostes mitjançant comentaris que intentarem respondre, amb una explicació d'acord amb el nivell del curs que fa l'interrogador.

Hem volgut començar per una pregunta molt interessant formulada per C. P. de 1r:

De quin color són els àtoms?

Bé, sense voler decebre a ningú, podríem concloure amb que el àtoms no tenen cap color. Sempre els veiem dibuixats com petites esferes de diferents colors, però ni són esfèrics ni tenen color. Si els dibuixem així és per poder diferenciar-los en una representació d'una estructura molecular, o en un compost qualsevol. Així, en la taula periòdica, els colors que s'assignen serveixen per classificar-los en famílies o estats en què es troben a temperatura ambient.

Ara bé, si els àtoms no tenen color, per què un boli és vermell, o negre, o blanc?

Cal aclarir que allò que anomenem color és una reacció que succeeix en els nostres ulls quan entra en ells llum visible. Les imatges i els colors es formen a la nostra retina i l'ull envia aquesta informació al cervell on s'interpreta i allà és on reconeixem els diferents colors i formes.

Quan la llum del sol o de una bombeta incideix sobre un objecte, els àtoms d'aquest objecte tenen la propietat de poder absorbir part de la llum, i  de reflectir la que no absorbeixen, que és la que viatja desprès als nostres ulls. De manera que els colors no estan en els àtoms que formen la matèria, sinó en la llum que incideix sobre ella, i nosaltres només podem veure una petita part de tota la radiació que viatja pel nostre costat: la llum visible. En canvi, no podem veure la llum ultraviolada, ni la infrarroja, ni les ones de ràdio, ni les microones.

Quan veiem un objecte de color vermell és perquè la matèria de la qual esta fet absorbeix tota la radiació que li arriba, excepte la que té el color vermell, que pot escapar i es reflexa.

En canvi, quan veiem un objecte de color negre, és perquè l'objecte absorbeix tots els colors, i no es reflecteix cap. Per això fem servir les coses negres per enfosquir, donat que es "mengen" la llum.

I quan ho veiem blanc, estem a l'altre extrem, és tracta d'un objecte que reflexa tota la llum que incideix sobre ell, i veiem tots els colors junts, que formen el blanc. Per això pintem de blanc les parets d'una habitació quan volem que hi hagi molta llum.

REGRESSIÓ: lifting matemàtic

Regressió vol dir normalment tornar enrere, però al laboratori significa en molts aspectes tirar endavant.

En estadística, la regressió lineal o ajust lineal és un mètode matemàtic que ens dóna un model (representació d'un fenomen a través d'una equació o funció matemàtica que el descriu) per simular el comportament d'un fenomen. Es diu lineal perquè ens dóna com a resultat una línia, la línia que més s'ajusta al comportament d'una col·lecció de punts o dades d'un experiment.

Suposem que hem estudiat l'estatura de diferents alumnes al llarg dels diferents cursos d’ESO i volem veure si el creixement obeeix a algun tipus de llei matemàtica.

Si representem les alçades dels alumnes en un gràfic, en funció de la seva edat, s'observa una certa dispersió, però amb una clara evolució creixent.

 

Si enllacem amb segments els punts ens donen una idea de la seva evolució més clarament.

 

Si ens imaginem la línia recta que més s’aproxima a aquesta col·lecció de punts, sens dubte és la següent, calculada de manera que la seva distancia a tots els punts sigui la mínima possible. Com que és impossible que passi per tots, ens hem de conformar am la que més s’ajusta. Acabem de fer un ajust lineal o regressió lineal i la línia que més s’ajusta l’anomenem línia de tendència o corba de regressió.

 

I cóm es calcula per on passa aquesta línia?

L’aparició dels fulls de càlcul han marcat un abans i un després en el món del càlcul numèric. Allò que abans costava hores (i resa per què no t’equivoquis) amb l’ajut de l’Excel es fa en dos clics:

Situem el cursor sobre un dels punts, cliquem el botó dret del ratolí i seleccionem “Afegir línia de tendència” i ja està. Ens preguntarà quin tipus de línia volem entre diverses opcions:

• Lineal: dóna una recta (y=a·x+b)
• Logarítmica: dóna una funció logarítmica (y=a·ln(x)+b)
• Exponencial: dóna una funció exponencial (y= a·e^b·x)
• Potencial: dóna una funció potencial (y=a·x^b)
• Polinòmica: dóna una funció polinòmica de grau n (y=a·xⁿ+b·x^n-1+....)

El full de càlcul sempre interpreta que “y” és el paràmetre que es representa en l’eix vertical (ordenades) del gràfic, mentre que “x” és el paràmetre que es representa en l’eix horitzontal (abcises) del gràfic. Així, “y” és l’altura i “x” és l’edat en el nostre exemple.

I quin tipus de corba triem?

Doncs està molt clar, fem proves i ens quedem amb la que vagi millor. En informàtica, les proves són gratis!

Per més informació, dintre de les opcions de representació, li podem demanar que ens mostri la equació de la línia de tendència i el coeficient R², que és un indicador de la qualitat de l’aproximació (quant més proper a 1 millor).

Així, després de diverses proves, trobem que la corba que més s’aproxima és una polinomial de grau 3.

 

Per què ens pot servir aquesta corba?

La corba i sobretot, la seva equació ens pot servir per calcular valors intermitjos (interpolar) entre els que s’han mesurat, o punts més enllà dels mesurats (extrapolar). És a dir, que podem calcular aproximadament quina es l’altura esperada per un alumne de 14 anys i mig, i també podrem calcular l’altura d’un alumne de 17 anys amb força aproximació, i tot això perquè tenim una informació més valuosa que una taula de punts, tenim l’equació de la línia que segueix l’evolució de l’altura al llarg dels anys.

Si comparem la primera línia poligonal, punxeguda i discontínua, amb la darrera línia ajustada per regressió, suau i contínua, bé podríem pensar que se li ha fet un lifting, en dos clics i sense anestèsia!

EL ROSEGÓ ATÒMIC

En certa ocasió, una llum es va engegar en la ment de Demòcrit (470-400 a. de C.) després d'olorar un bocí de pa acabat de sortir del forn. En preguntar-se de quina manera el pa deixava notar la seva presència a l'interior del nas, el filòsof rialler (com li deien els seus amics) va arribar a la conclusió que en l'aire flotaven diminutes partícules que transportaven les propietats de l'aliment. Va deduir que les partícules eren invisibles per a l'ull humà, però perceptibles per l'olfacte.

També va arribar a la conclusió que era possible fraccionar un petit rosegó en parts més petites, però no de forma indefinida. A aquestes partícules indivisibles les va anomenar àtoms, que en grec antic significava precisament "indivisible".

REDACCIÓ D'INFORMES DE PRÀCTIQUES

Tot el treball del laboratori no s'acaba amb l'experimentació pròpiament dita. Moltes vegades cal fer un anàlisi detingut dels resultats i treure les conclusions oportunes.

Cóm es redacta un informe de manera concisa però completa?

Vet aquí un format que pot servir de referència per la majoria de treballs. L'estructura proposada ens ha d'ajudar a ordenar la informació en diferents apartats, fent l'informe més entenedor i més fàcil d'elaborar.

Cal fer portada i índex?

Tractant-se d'un treball que no ha d'ocupar gaires fulls, no cal fer portada ni índex. Aquests elements són recomanables en treballs molt extensos i de moltes pàgines, que normalment s'acaben enquadernant.

El grapem o el posem en una funda de plàstic?

El més pràctic és grapar-ho, donat que es tracta d'un treball acabat i que no s'han d'afegir ni treure fulls posteriorment. A més, sempre hi ha el risc que en la funda quedi desordenat i es fa més engorrós treure i posar fulls.

A mà o a ordinador?

Tenint en compte que el més important és el contingut, el resultat hauria de ser el mateix indistintament si es fa d'un amanera o una altra. Hi ha qui va més ràpid amb el boli i qui va més ràpid amb el teclat. És innegable que amb l'ordinador es pot aconseguir una presentació més acurada i podem inserir imatges digitalitzades amb molta facilitat.

• Si es fa a mà, cal esforçar-se en fer BONA CALIGRAFIA i una PRESENTACIÓ ACURADA.
  
• Si es fa a ordinador, cal recordar fer una REVISIÓ ORTOGRÀFICA per corregir els errors tipogràfics. També procurarem evitar tipografies poc llegibles i altres filigranes superflues.
  

Si no fem portada, cóm posem les dades identificatives?

Tot treball ha de quedar degudament identificat (NO ES PRESENTABLE UN TREBALL QUE NO TÉ TÍTOL NI AUTOR).

• El títol ha de ser representatiu de la feina que s'explica al document. No és acceptable posar per exemple "Pràctica" o "Treball de naturals".
  
• L'autor (amb nom i cognoms), grup o classe i data pot quedar perfectament indicat en una capçalera al primer full del document presentat.
  

Quins apartats ha de contenir?

1. Objectius de la pràctica: aquí fem una llista dels objectius previstos (que normalment ens dirà el professor)
   
2. Introducció: aquí fem un resum breu dels conceptes bàsics relacionats amb la pràctica. A vegades cal explicar quin és el fet o el fenomen que prenem com a punt de partida per experimentar. Si convé, es pot reduir a una llista de definicions de paraules clau. AQUEST APARTAT HA DE SERVIR PER INTRODUIR ELS CONCEPTES QUE ES TREBALLARAN.
   
3. Hipòtesis plantejades: quan es formulen hipòtesis cal fer una relació detallada.
   
4. Material de laboratori: farem una llista, que completarem amb dibuixos o fotografies descriptives de l'utillatge específic de laboratori.
   
5. Procediments: Cal explicar pas per pas, de manera ordenada, totes les operacions que es realitzen, de manera que una altra persona pugui seguir aquestes instruccions per arribar als mateixos resultats. Cal ser crítics i no donar per fet que ja s'entèn allò que no està explicat. EN AQUEST APARTAT ES VALORARÀ QUE ES RELACIONIN TOTS ELS PASSOS DE MANERA PRECISA I ORDENADA.
   
6. Resultats obtinguts: Cal fer una relació de les mesures preses, així com les descripcions de tot allò que passa en la fase d'experimentació. Aquí podem fer servir gràfics, llistes i taules de dades per facilitar la interpretació i l'anàlisi de les dades obtingudes. EN AQUEST APARTAT ES VALORARÀ LA CLAREDAT D'EXPOSICIÓ DE DADES I OBSERVACIONS.
   
7. Conclusions: Cal expressar les deduccions que es fan a partir dels resultats obtinguts. Si s'han formulat hipòtesis, cal comentar si queden verificades o no i el perquè. EN AQUEST APARTAT ES VALORARÀ LA LÒGICA I EL RIGOR DELS RAONAMENTS.
   
8. Qüestionari d'avaluació: Moltes vegades es plantegen una sèrie de preguntes per comprovar els aprenentatges fets al laboratori. Cal raonar sempre les respostes, basant-se en els resultats que s'han obtingut, és a dir, fent servir les deduccions sobre l'experimentació pròpia de cada grup de treball. Així, si dos grups han obtingut resultats diferents, segurament tindran respostes diferents a una mateixa qüestió. EN AQUEST APARTAT ES VALORARAN ELS CONCEPTES APRESOS.

EL MÈTODE CIENTÍFIC AL LABORATORI

El mètode científic és el camí que ens porta cap al coneixement del medi que ens envolta. És una eina de treball que fan servir els investigadors per obrir-se camí en la foscor de la ignorància.

Es basa en l'observació de fets i no en l'especulació. Un científic creu allò que veu, en comptes de veure allò que creu.

Les conclusions han de ser objectives, intel·ligibles, crítiques i raonades.

Francis Bacon va proposar un pla de treball mol acceptat i utilitzat en l'actualitat:

1. Observació d'un fenòmen
2. Inducció o extracció dels principis o lleis que podrien explicar el fenòmen
3. Plantejament d'hipótesis per verificar o validar els principis o lleis
4. Experimentació per poder provar o refutar les hipòtesis plantejades
5. Elaboració d'una teoría científica (conclusions).
   

Al laboratori de física i química tenim l'oportunitat de descobrir i aprendre per un mateix, per això és molt important prendre notes de totes les observacions fetes i descriure amb el màxim detall possible tot allò que passa, donat que mai sabem si serà important per elaborar les nostres conclusions. També poden ser d'utilitat fotografies i gravacions.

Aprofitant les possiblitats que ens ofereix internet, des d'aquest bloc es preten facilitar l'aprenentatge de les ciències naturals als alumnes de ESO i aqui trobaran pautes, questions i informació adicional per poder realitzar els informes de pràctiques de laboratori.